剛果（金）Kipushi銅多金屬礦床地質(zhì)特征及成因

孫寧 詹勇 曾旭 鄭長友 劉洋

摘 要：剛果（金）上加丹加省Kipushi銅多金屬礦床產(chǎn)于中非銅鈷礦帶。通過對礦床地質(zhì)特征以及Pb、Rb-Sr和Re-Os同位素、Nchanga花崗巖侵入年齡等進行綜合分析可知，該礦床是在新元古界730～760Ma期間恩古巴地層完成初始沉積，伴隨盧菲利安構(gòu)造運動發(fā)生褶皺作用，在下古生界奧陶紀450Ma期間受盧菲利安后期構(gòu)造運動完成礦體定位，后期主要為次生氧化作用。因此，該礦床應(yīng)為受地層、構(gòu)造、褶皺改造、次生氧化富集作用形成的沉積改造型礦床。

關(guān)鍵詞：銅多金屬礦床;地質(zhì)特征;成因

中圖分類號：P618.41文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）04-0075-06

Abstract： The Kipushi copper polymetallic deposit locate in the cu-co ore belt of Central Africa， which be longs to Congo （DRC）. Based on the comprehensive analysis of the geological characteristics of the deposit， Pb， Rb Sr and Re Os isotopes， and the intrusive age of nchanga granite， it can be concluded that the deposit completed the initial deposition of the EMBA formation during 730～760Ma of Neoproterozoic. The ore body was located during 450Ma of Ordovician in the lower Paleozoic by the structural movement in the later stage of lufilian， and the later stage was mainly secondary oxidation. Therefore， the deposit should be a sedimentary modified deposit formed by strata， structure， fold transformation and secondary oxidation enrichment.

Keywords： Cu-polymetallic deposit;geological characteristics;genesis

Kipushi銅多金屬礦床是剛果（金）銅鈷礦帶上最主要的銅、鋅、鉛等多金屬礦床，位于上加丹加省盧本巴希市南部約30 km處。前人關(guān)于該礦床成因的觀點有巖漿熱液成礦、沉積成礦等。本文通過對該礦床地質(zhì)特征、同位素-流體包裹體、Nchanga花崗巖等方面進行綜合研究分析，得出該礦床是形成于早古生代的沉積改造型礦床，并對“大鋅帶”進行分析得出其深部仍有擴大資源儲量的潛力，以期對礦區(qū)開展下一步勘查或開發(fā)工作提供一定的基礎(chǔ)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

剛果（金）東南部的新元古代加丹加超群沉積巖層中蘊藏著豐富的銅鈷礦床，又被稱為“中非銅礦帶”，向南東方向延伸到贊比亞境內(nèi)（見圖1）。礦帶整體長700 km，寬150 km，北東自Kamoa-Kakula、Kolwezi、Tenke-Fungurume、Kambove、Likasi、Lukuni、Lubumbashi、Kipushi至贊比亞Kitwe地區(qū)的Lonshi。

本區(qū)銅多金屬礦床位于中非銅礦帶北部延伸帶南東方向，即橫跨贊比亞和剛果（金）邊界的北西西向Kipushi背斜的北翼邊緣位置[1-3]（見圖1），Kipushi銅多金屬礦床是目前銅礦帶眾多Cu-Zn-Pb礦床中最大的一個。

區(qū)域地層主要以前寒武系基底、加丹加超群為主。加丹加超群主要由羅安群、恩古巴群、昆德龍古群組成，是一套陸源碎屑巖-碳酸鹽巖經(jīng)變質(zhì)作用改造的沉積-變質(zhì)建造，在區(qū)內(nèi)分布廣泛。

本區(qū)區(qū)域構(gòu)造經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，主要分為區(qū)域性逆沖推覆斷裂、地質(zhì)塊體邊緣斷裂等。各組斷裂構(gòu)造之間相互聯(lián)系，主構(gòu)造與次級構(gòu)造之間具有衍生關(guān)系，對礦體產(chǎn)出及表生富集具有重要影響。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 礦區(qū)地層

本礦區(qū)內(nèi)出露地層以恩古巴群、羅安群木瓦夏亞群為主，昆德龍古群次之[2-3]（見圖2）。礦區(qū)內(nèi)的地層巖性主要由白云巖、白云質(zhì)頁巖、（粉）砂巖和灰?guī)r等組成（見圖3）。在該背斜褶皺、斷裂帶內(nèi)可見有角礫巖。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

在本地區(qū)，元古生代巖石被褶皺成NW-SE向背斜，該背斜在一系列斷裂構(gòu)造作用下發(fā)生了位移。其中Kipushi斷層（“斷裂帶”）位于該背斜北翼，背斜北翼在北北東方向75°～85°，南翼在南南西方向60°～70°（見圖2）。該斷層以近直角形態(tài)穿過背斜[2-3]，走向北西方向，角度為50°～70°（見圖4）。礦體主要產(chǎn)于該斷裂帶附近，斷裂帶內(nèi)主要為角礫巖。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有巖漿巖。

2.4 圍巖蝕變

由于礦區(qū)內(nèi)礦體的形成與區(qū)域變質(zhì)作用、熱液改造等有關(guān)，相應(yīng)圍巖蝕變主要表現(xiàn)為與之相關(guān)的蝕變，主要蝕變有白云石化、硅化、綠泥石化、高嶺土化、方解石化和碳酸鹽化。

3 礦床地質(zhì)特征

本區(qū)銅多金屬礦床主要賦存于加丹加超群恩古巴群地層、Kipushi斷層與恩古巴群Ng1.3katontwe組地層的交匯位置，巖性主要為白云巖、頁巖、砂巖和角礫巖等。礦區(qū)內(nèi)恩古巴群和羅安群木瓦夏亞群地層均被Kipushi斷層截斷。

3.1 礦體特征

礦體主要產(chǎn)于Kipushi背斜北翼，其中該背斜核部以北的角礫巖中亦存在礦體。礦體由一條長約600 m、寬15～75 m的細脈狀、塊狀硫化物帶組成。礦體向北東方向突起，向北西方向傾斜約70°。Kipushi斷層內(nèi)的角礫巖是由不同巖石組成的非常大的巖塊（直徑可達百米）。角礫巖內(nèi)主要由恩古巴群、羅安群內(nèi)的巖石碎塊組成，亦被稱為坍塌角礫巖。

在1 272 m標高施工的鉆孔發(fā)現(xiàn)了高品位鋅礦體，被稱為“大鋅帶”（見圖5），其中伴生有Cu、Pb、Ag、Ge等?！按箐\帶”產(chǎn)于恩古巴群Ng1.3katontwe組地層中，含礦巖性主要為白云巖。從圖5可以看出，Zn的平均品位非常高，達到44.25%，礦體厚度在41～95 m。該礦體緊鄰斷裂帶北部，向南傾斜，傾角約70°，在走向上存在不確定性，礦體傾向上亦可能不規(guī)則。

在鉆孔中還可見有其他金屬元素，如在KPU040鉆孔中可見34.5 m礦體[2-3]，其中Zn為35.1%，Cu為10.7%，Ag為479 g/t，Ge為77g/t和Au為0.30 g/t。

3.2 礦石類型

礦區(qū)內(nèi)的礦石類型主要有兩種：淺部氧化礦體和1 272 m標高以下的原生礦體。原生礦體主要為恩古巴群Ng1.3katontwe組白云巖中的Zn礦體、白云巖和白云質(zhì)頁巖裂隙充填、沿斷層內(nèi)坍塌角礫巖中的Cu、Cu+Zn+Pb礦體[2-3]（見圖6）。

礦體礦石礦物主要為閃鋅礦、斑銅礦、輝銅礦、黃銅礦、方鉛礦、輝鉬礦、毒砂及少量的硫化物。

3.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)以半自形-它形粒狀結(jié)構(gòu)為主，其次為包含結(jié)構(gòu)、交代假象結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要以層狀、條帶狀構(gòu)造為主，其次為（細）脈狀、塊狀、角礫狀、浸染狀構(gòu)造。

3.4 礦石礦物特征

礦床中按硫化物礦物豐度排序為：閃鋅礦、黃銅礦、斑銅礦、黃鐵礦、輝銅礦、砷黃鐵礦、砷銅礦、方鉛礦、硫銅鍺礦，以及灰鍺礦、硫鎵銅礦、硫銅鈷礦、硫化銅礦、輝鉬礦和硫銅銀礦。

4 成礦年代及成礦環(huán)境

通過同位素、流體包裹體成分、Nchanga花崗巖和正長巖三大主要方面討論Kipushi礦體形成的年代以及成礦環(huán)境。

4.1 成礦年代

4.1.1 Pb同位素。通過對數(shù)據(jù)[8-9]進行系統(tǒng)分析總結(jié)可知：硫化物Pb同位素206Pb/204Pb=17.72～18.10，207Pb/204Pb=15.50～15.72，208Pb/204Pb=37.25～37.96;方鉛礦、閃鋅礦和硫銅鍺礦礦石Pb同位素206Pb/204Pb=17.90～19.92，207Pb/204Pb=15.56～15.71，208Pb/204Pb=37.39～37.96，以上數(shù)據(jù)顯示具有混合鉛特征，與參與造山帶的地殼鉛同位素組成特征相似[10]。硫化物及方鉛礦、閃鋅礦和硫銅鍺礦具有不同的成礦物質(zhì)來源，成礦物質(zhì)來源主要來自參與造山帶的上地殼，混有下地殼或地幔部分物質(zhì)，形成的構(gòu)造背景主要為克拉通化環(huán)境，這與本區(qū)銅多金屬礦床當時所處的地域環(huán)境等吻合。

根據(jù)206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb的比值來分析，其模式年齡與模式年齡及同位素比值表[11]相比較，對應(yīng)的模式年齡在750～400 Ma，這與測試得出的模式年齡（454±14） Ma[8]和456 Ma[9]相對吻合，這個年齡要比沉積地層的成巖年代年輕，可能與盧菲利安弧后期構(gòu)造活動有關(guān)。

4.1.2 Rb-Sr和Re-Os同位素。

Re-Os主要用于測定輝鉬礦的年代。閃鋅礦在1990年被證明了利用Rb-Sr同位素進行年代測定的適用性。通過對礦區(qū)1270號鉆孔中的硫化物進行分析得出：Rb-Sr和Re-Os的等時線（MSWD=1.4和1.1）在誤差范圍內(nèi)，得到一致的地層年齡，地層年齡分別為（451.1±6.0） Ma和（450.5±3.4） Ma，屬于晚奧陶世時期。等時線初始87Sr/86Sr比值（0.708 97±2）略高于晚奧陶世同期海水的公布值，反映了Sr的整體地殼來源[12]。

Re-Os等時線所定義的初始187Os/188Os比值為0.74±0.23，盡管其不確定度很高，但與450Ma時約0.125的187Os/188Os比值相比，前者更具有放射性。由此判斷本區(qū)銅多金屬礦床中銅鍺硫化物所含的Os為地殼成因。

4.1.3 流體包裹體。利用流體包裹體方法分析本區(qū)銅多金屬礦床不同樣品1 300余個，采用常規(guī)和陰極發(fā)光顯微鏡對其進行研究[7]。流體包裹體化學成分的研究常用于塊狀硫化物的礦石和脈石礦物中，本區(qū)的礦化作用對中非銅礦帶這類礦床的形成具有重要的制約作用。

使用大塊壓碎浸出法分析出白云石II、III、IV和石英II的四種樣品，Wh（S）型流體的K、Mn、Fe、Zn、Pb含量相對較高，特別是Ba含量較高，這些元素與巖漿系統(tǒng)相關(guān)的流體更為相近。與沉積、變質(zhì)和巖漿環(huán)境中的其他高鹽度流體相比，石英II包裹體中元素的濃度進一步說明了流體的高金屬含量、K和Ba含量。

由于本區(qū)銅多金屬礦床形成較晚，與該地區(qū)的盧菲利弧變形和變質(zhì)峰值相比[12]，流體來源可能是造山運動后期排出的地層水或變質(zhì)流體，從而使它們在地下遷移。

本區(qū)銅多金屬礦床形成于造山變形主要階段之后約100 Ma，比羅安群中的層狀、同生期銅礦要年輕得多。在造山后的隆升和侵蝕過程中，導致一些晚期的、輕微的礦石再活化。

4.1.4 Nchanga花崗巖和正長巖。Nchanga花崗巖是加丹加基底形成以前最年輕的侵入體[13]。它是一種高鋁質(zhì)、強堿性的片麻狀黑云母花崗巖，具有A型花崗巖特征[13-14]。來自Nchanga花崗巖的鋯石SHRIMP U-Pb測定產(chǎn)生的年齡為（883±10） Ma，被認為是入侵時代，加丹加超群不整合疊加在它上面[15]。

Nchanga花崗巖為羅安群地層的沉積提供了基石，并為加丹加超群的年齡設(shè)置了一個固定的880 Ma的上限。

本區(qū)銅多金屬礦床的成因可能與穹窿地區(qū)構(gòu)造作用發(fā)生后正長巖的侵入有關(guān)[16]，該正長巖侵入的年代為458～427 Ma，這極可能與盧菲利安后期構(gòu)造活動有關(guān)。

4.2 成礦環(huán)境

加丹加基底是由一種古元古代巖漿弧序列組成，形成于1994～1873 Ma[8]。沉積型層狀銅礦床的發(fā)現(xiàn)年代為古元古代中期，Nchanga花崗巖作為最年輕的侵入體，形成年代在880 Ma左右，加丹加超群不整合疊加在它上面，這為后面沉積銅鈷多金屬礦體提供了一個時代限定。

通過整理地層年代數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)（見表1），地層時代與成巖成礦年齡基本相匹配，其中恩古巴群地層中的冰川混積巖“大礫巖”成巖年齡存在變化，通過上下地層限制，其成巖年齡被圍限在760 Ma左右[17]，因此，恩古巴群冰川混積巖“大礫巖”只能得到最大的成巖年齡（760±5） Ma，目前測試得到的為（729±50） Ma，在一定程度上與恩古巴群冰川混積巖的成巖年齡一致。

從表1可知，自加丹加基底沉積開始至羅安群木瓦夏時期，其成巖年齡在880～760 Ma。恩古巴群地層沉積在760～600 Ma，剛果克拉通和卡拉哈里克拉通的板塊發(fā)生會聚及俯沖，加丹加盆地發(fā)生倒轉(zhuǎn)，并開始了昆德龍古群地層的沉積[18-19]。

根據(jù)加丹加超群沉積演化與地球動力、年代學等數(shù)據(jù)[20]可知（見圖7），在羅安群內(nèi)發(fā)育一套含Cu、Co礦（化）體，其Cu、Co金屬含量較低，此時期為沉積成巖期。自羅安群地層沉積開始至昆德龍古群地層沉積開始期間經(jīng)歷了三次冰川作用時期，分別為凱加斯冰期、斯圖特冰期、馬林諾冰期。其中，以斯圖特冰期和馬林諾冰期影響較大，分別對應(yīng)恩古巴群的冰川混積巖“大礫巖”和昆德龍古群的冰川混積巖“小礫巖”形成時期。

泛非運動期間，盧菲利安弧經(jīng)歷了3個不同模式的構(gòu)造演化階段[18-20]。三次冰川作用期間主要經(jīng)歷了第一構(gòu)造演化階段（D1），該階段發(fā)生于750—600 Ma，與全球經(jīng)歷冰川作用時期相吻合。此時期大型褶皺及（逆掩）推覆構(gòu)造形成，正常褶皺軸面及斷層面傾向南，這與該背斜形態(tài)相同。構(gòu)造演化階段后期，產(chǎn)生的變質(zhì)熱液使得U、REE等元素活化，沉積地層內(nèi)的K、Mn、Fe、Zn、Pb、Ba等元素含量較高，局部形成Cu-Zn-Pb多金屬礦（化）體，此時期原生層狀銅礦體的形態(tài)受褶皺形態(tài)控制。

第二構(gòu)造演化階段（D2）發(fā)生于600—512 Ma（昆德龍古群中后期至Biano群初始沉積階段），此時期處于造山運動階段，也是變質(zhì)作用高峰期，在昆德龍古群地層局部可發(fā)現(xiàn)有Cu-Ag-Au礦（化）體。此時期主要表現(xiàn)為大規(guī)模左旋平移斷層，發(fā)育一系列大型斷裂帶，如距離本礦區(qū)最近的lupoto斷裂帶。隨著加丹加基底的旋轉(zhuǎn)，盧菲利安弧形態(tài)發(fā)生變化，東段走向為NW向，西段走向為近EW向，此時期該背斜形態(tài)發(fā)生變化。

第三階段（D3）發(fā)生于512Ma之后（Biano群主要沉積時期），斷裂走向在160°～170°，褶皺通常為開放的大型直立狀，為礦體的深度氧化創(chuàng)造了條件。

通過對成礦環(huán)境進行分析可知，本區(qū)銅多金屬礦床在元古界初始沉積，經(jīng)過泛非運動之后，礦體最終在下古生界定位并開始接受長期氧化淋濾作用。

5 礦床成因

通過對本區(qū)礦床地質(zhì)特征及成礦地質(zhì)環(huán)境進行分析可知，該銅多金屬礦床主要產(chǎn)于恩古巴群N1.3katontwe組內(nèi)的白云巖中，經(jīng)歷泛非運動之后，Kipushi背斜褶皺發(fā)生變化，斷層提供熱液來源，形成現(xiàn)在的礦體形態(tài)，后期長期接受氧化淋濾作用。綜合分析認為：該銅多金屬礦床應(yīng)屬于沉積改造型礦床。

6 找礦方向

通過對本區(qū)礦床的相關(guān)資料進行分析可知，找礦工作應(yīng)從以下幾點進行：①在該斷層相關(guān)的角礫巖區(qū)域;②恩古巴群N1.3katontwe組白云巖出露的其他地區(qū);③恩古巴群反復(fù)出現(xiàn)的白云巖、砂巖、頁巖區(qū)域;④在“大鋅帶”附近，沿該斷層走向及傾向方向進行勘探，可擴大礦體規(guī)模;⑤昆德龍古群地層內(nèi)亦可進行找礦。

7 結(jié)語

對本區(qū)區(qū)域地質(zhì)、礦區(qū)地質(zhì)、礦床地質(zhì)特征等進行分析，礦體主要以Cu、Zn、Pb等多金屬礦種為主，并對“大鋅帶”沿走向、傾向方向做出預(yù)測。通過對成礦年代和成礦環(huán)境分析，從Pb同位素、Rb-Sr和Re-Os同位素進行了礦床構(gòu)造環(huán)境分析，確定了其成礦年齡;流體包裹體體現(xiàn)了其造山運動后期的流體來源;以Nchanga花崗巖及加丹加超群內(nèi)各地層巖性的成巖成礦年齡進行了成礦環(huán)境解析，最終確定了該銅多金屬礦床屬于沉積改造型礦床。

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